山東省“三廢”排放與經(jīng)濟(jì)增長關(guān)系及其影響研究*

高曉龍，戴鐵軍，陳 鳴

（北京工業(yè)大學(xué)循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究院，北京 100124）

國內(nèi)外大量研究采用環(huán)境庫茲涅茨理論（Environmental Kuznets Curve，EKC） 分析環(huán)境壓力與經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系，其為研究提供了宏觀的研究尺度。理論表明，當(dāng)一個(gè)國家（地區(qū)）經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低的時(shí)候，環(huán)境污染的程度較輕，但隨著人均收入的增加，環(huán)境污染由低趨高，環(huán)境惡化程度隨經(jīng)濟(jì)的增長而加?。划?dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展到達(dá)某個(gè)臨界點(diǎn)或稱“拐點(diǎn)”以后，隨著人均收入的進(jìn)一步增加，環(huán)境污染又由高趨低，其環(huán)境污染的程度逐漸減緩，環(huán)境質(zhì)量得到改善，即環(huán)境污染程度與人均GDP呈現(xiàn)倒“U”型曲線關(guān)系。在發(fā)達(dá)國家和新興工業(yè)化國家（地區(qū)）大量研究證明二氧化碳、二氧化硫、污水等與其經(jīng)濟(jì)增長呈現(xiàn)倒“U”型關(guān)系［1］，劉榮茂等［2-6］驗(yàn)證了環(huán)境庫茲涅茨理論，但謝賢政等［7-8］的結(jié)論卻不支持。筆者采用環(huán)境庫茲涅茨理論分析山東省“三廢”排放與經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系，并通過灰色關(guān)聯(lián)度分析方法探究其成因，以期為制定環(huán)境政策和掌握經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)律提供依據(jù)。

1 研究方法

1.1 指標(biāo)選取、數(shù)據(jù)的來源

構(gòu)建污染物排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平之間關(guān)系的計(jì)量模型需要考慮：跨越不同發(fā)展階段且有一定長度的時(shí)間序列；具有代表性的環(huán)境經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；具有可獲得性的環(huán)境經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。鑒于以上3個(gè)條件，本研究時(shí)段選擇1981—2012年；環(huán)境指標(biāo)選取人均生活污水排放量、人均工業(yè)污水排放量、人均SO2排放量、人均煙塵排放量、人均工業(yè)固體廢物排放量；經(jīng)濟(jì)指標(biāo)選取山東省1981—2012年人均GDP（數(shù)據(jù)根據(jù)1980年價(jià)格水平進(jìn)行調(diào)整）。數(shù)據(jù)來源于《山東省統(tǒng)計(jì)年鑒》 （1980—2012）。

1.2 計(jì)量模型的選擇

在實(shí)際模型構(gòu)建中，國內(nèi)外學(xué)者通常選用的模型有公式（1）～（3）［9］：

式中：Y為人均“三廢”排放量；X為人均GDP；α0、β1、β2、β3為模型參數(shù)；ε為隨機(jī)誤差項(xiàng)。其中模型參數(shù)β1、β2、β3具有重要意義，根據(jù)其取值的不同可反映環(huán)境狀況與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系。即：①當(dāng)β1≠0，β2=0，β3=0時(shí)，環(huán)境狀況與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間呈線性關(guān)系；②當(dāng)β1＞0，β2＜0，β3=0時(shí)，環(huán)境狀況與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間呈倒“U”型EKC；③當(dāng)β1＜0，β2＞0，β3=0時(shí)，環(huán)境狀況與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間呈“U”型曲線關(guān)系；④當(dāng)β1、β2、β3都不為0時(shí)，環(huán)境狀況與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間呈三次曲線關(guān)系。

分別對(duì)模型（1）～（3）進(jìn)行模擬，并根據(jù)曲線的擬合度及參數(shù)的顯著性結(jié)果選取模型。

1.3 灰色關(guān)聯(lián)度方法

灰色模型理論（Grey Model）是鄧聚龍于1982年創(chuàng)立的一門新興橫斷學(xué)科?；疑P(guān)聯(lián)度分析方法（Grey Relation Analysis，GRA） 是灰色理論的一種統(tǒng)計(jì)分析方法［10］，其基本思想是，以因素的數(shù)據(jù)列為依據(jù)，用數(shù)學(xué)的方法研究因素間的幾何對(duì)應(yīng)關(guān)系，兩者曲線幾何形狀越接近，相應(yīng)序列的關(guān)聯(lián)度就越大，反之越小。所以灰色關(guān)聯(lián)度分析彌補(bǔ)了傳統(tǒng)回歸分析的不足，對(duì)樣本量和樣本規(guī)律性的要求較低，適用于對(duì)環(huán)境庫茲涅茨曲線成因的分析［11］。

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度的計(jì)算原理，分析山東省“三廢”排放與影響因子的灰色關(guān)聯(lián)度的基本步驟如下［12］。

1）選擇參考序列和比較序列，并收集相關(guān)數(shù)據(jù)。本文分別以“三廢”排放量（廢水排放量、工業(yè)廢水排放量、SO2排放量、煙塵排放量以及工業(yè)固廢排放量）為參考序列：

污染物排放量的各影響因子數(shù)據(jù)為比較序列：

2）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理。由于收集的數(shù)據(jù)有不同的量綱，因此，首先需要對(duì)各序列進(jìn)行初始化處理，即每個(gè)序列均除以該序列的平均值，從而得到新序列：

3）計(jì)算關(guān)聯(lián)度系數(shù)。求出經(jīng)初值化處理的參考序列Y0，比較序列Yi之間的關(guān)聯(lián)度系數(shù)：

ρ為分辨系數(shù)，且ρ∈[0，1]，通常取ρ=0．5。

4） 計(jì)算關(guān)聯(lián)度。參考序列X0與比較序列Xi之間的灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式為：

2 結(jié)果分析

2.1 山東省“三廢”排放與經(jīng)濟(jì)增長關(guān)系的模型

統(tǒng)計(jì)模擬結(jié)果（見表1） 表明，山東省1981—2012年人均“三廢”排放量與人均GDP之間的關(guān)系并不都符合標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境庫茲涅茨曲線（倒“U”型） 關(guān)系，還有直線、正“U”、“N”（三次曲線）以及倒“N”型曲線。由于多項(xiàng)式擬合取足夠高的次數(shù)可以逼近任何一種散點(diǎn)圖，R2越接近100%，因其損傷機(jī)理和趨勢(shì)的信息，所以統(tǒng)計(jì)上采納在擬合優(yōu)度及顯著性差異不大時(shí)，取低次方程模型擬合的原則，反映數(shù)據(jù)變化的趨勢(shì)［13］。

表1 山東省“三廢”排放與經(jīng)濟(jì)增長計(jì)量模型模擬結(jié)果

2.2 山東省“三廢”排放量環(huán)境庫茲涅茨曲線

曲線模擬結(jié)果（見圖1～5）分別表明了人均環(huán)境污染排放與人均GDP之間的擬合關(guān)系：

人均生活污水排放量與人均GDP之間三次函數(shù)的擬合較二次函數(shù)優(yōu)（決定系數(shù)R2=0．98，F(xiàn)檢驗(yàn)值420．69，通過檢驗(yàn)，P值小于0．01），故采用三次函數(shù)。根據(jù)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得出人均生活污水排放量（Y） 與人均GDP（X） 的函數(shù)關(guān)系為：Y=65．68+6．41X-8．85×10-5X2+4．81×10-8X3，擬合的環(huán)境庫茲涅茨曲線見圖1，呈“N”型。從擬合曲線看，人均污水排放量在人均GDP 2 000元/人處停滯后隨著人均GDP的增長以極快的速度增長。說明隨著人們生活水平的提高，生活污水排放量呈快速增長趨勢(shì)。

圖1 人均生活污水排放量庫茲涅茨曲線

人均工業(yè)污水與人均GDP 3種擬合曲線都不太顯著，選擇三次模型（決定系數(shù)R2=0.865，F(xiàn)檢驗(yàn)值60.55，通過檢驗(yàn)，P值小于0.01） 較為適宜。根據(jù)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得出人均工業(yè)廢水排放量（Y） 與人均GDP（X） 的函數(shù)關(guān)系為：Y=12 911-1.71X+5.59×10-4X2-3.15×10-8X3，擬合的環(huán)境庫茲涅茨曲線見圖2，呈倒“N”型。在人均GDP 2 000元/人處人均工業(yè)污水排放量變化范圍比較大，后隨著人均GDP增長快速增長，但達(dá)到2 000 kg/人的人均工業(yè)污染量之后又回落。

圖2 人均工業(yè)污水排放量庫茲涅茨曲線

人均SO2排放量與人均GDP的散點(diǎn)圖（見圖3）總體呈下降趨勢(shì)，但過程起伏比較大。3種擬合曲線都不顯著，所以都不采用。由圖3可知，在人均GDP 2 000元/人左右時(shí)人均SO2排放量起伏比較大，后隨著經(jīng)濟(jì)條件的改善，排放量總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但過程中有些點(diǎn)浮動(dòng)大，說明人均SO2排放量與人均GDP關(guān)系不顯著。

圖3 人均SO2排放量與人均GDP散點(diǎn)圖及擬合曲線

人均煙塵排放量與人均GDP 3種擬合模型中，三次模型和二次模型擬合效果接近，為更能反映其變化的趨勢(shì)，所以選擇二次模型（R2=0.909，F(xiàn)檢驗(yàn)值140.31，通過檢驗(yàn)，P值小于0.01） 更合適。根據(jù)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得出人均煙塵排放量（Y） 與人均GDP（X） 的函數(shù)關(guān)系為：Y=18.49-3.7×10-3X+2.36×10-7X2，擬合的環(huán)境庫茲涅茨曲線見圖4，呈“U”型。由圖分析，人均煙塵排放量隨著人均GDP的增長快速下降，在觸底后呈現(xiàn)反彈的趨勢(shì)。

圖4 人均煙塵排放量庫茲涅茨曲線

人均工業(yè)固體廢物與人均GDP的3種模型擬合效果相近，所以選擇一次曲線更能反映其變化趨勢(shì)（R2=0.982，F(xiàn)檢驗(yàn)值1 571.7，通過檢驗(yàn)，P值小于0.01），擬合方程為Y=2 465.67+0.15X。由圖5可知，人均工業(yè)固體廢物隨著人均GDP增長而增長，呈現(xiàn)高度的線性相關(guān)關(guān)系。

圖5 人均工業(yè)固廢排放量庫茲涅茨曲線

通過對(duì)人均生活污水、人均工業(yè)廢水、人均SO2、人均煙塵以及人均工業(yè)固體廢物排放量等指標(biāo)與人均GDP的3種模型擬合，發(fā)現(xiàn)環(huán)境庫茲涅茨曲線并不必然呈現(xiàn)倒“U”型關(guān)系，還有直線、“U”、“N”、倒“N”型。也進(jìn)一步證明，隨著經(jīng)濟(jì)條件改善，環(huán)境污染并不必然降低，還需要政府的政策調(diào)節(jié)。在人均GDP 2 000元/人時(shí)，人均SO2、人均煙塵排放量都比較嚴(yán)重，后隨著經(jīng)濟(jì)條件的改善，污染程度有所減輕，但仍呈現(xiàn)反彈趨勢(shì)。而人均生活污水、人均工業(yè)污水、人均工業(yè)固體廢物排放量等隨著經(jīng)濟(jì)增長，除人均工業(yè)廢水排放量有回落趨勢(shì)外，污染程度愈加嚴(yán)重。

2.3 山東省環(huán)境庫茲涅茨曲線影響的灰色關(guān)聯(lián)度分析

為進(jìn)一步探究山東省環(huán)境庫茲涅茨曲線成因，擬對(duì)1981—2012年環(huán)境質(zhì)量狀況（廢水排放總量、工業(yè)廢水排放量、SO2排放量、煙塵排放量以及工業(yè)固廢排放量）與影響因子（見表2）之間進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析；根據(jù)已有研究得到，影響主要來自經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源生產(chǎn)、城鎮(zhèn)化水平、交通運(yùn)輸以及環(huán)保效力等6個(gè)方面［9］，通過計(jì)算污染物排放與其影響因子的灰色關(guān)聯(lián)度數(shù)值對(duì)擬合的庫茲涅茨曲線進(jìn)行成因分析。

通過關(guān)聯(lián)度計(jì)算得到表3，列出了環(huán)境污染指標(biāo)與不同影響因子之間的灰色關(guān)聯(lián)度。其中，生活污水、工業(yè)污水排放量與不同影響因子之間的關(guān)聯(lián)度都不顯著，表明經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及城鎮(zhèn)化水平不是影響生活污水和工業(yè)污水排放的重要因素，還有其他因子導(dǎo)致生活污水和工業(yè)污水排放量不斷上升，需要進(jìn)一步研究。

表2 影響山東省環(huán)境狀況的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)因子

二氧化硫和煙塵排放量的影響因子相同，而且關(guān)聯(lián)度都很顯著：GDP、工業(yè)產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)比重、城鎮(zhèn)化率、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、用氣普及率、交通運(yùn)輸車輛以及城市人均綠化面積都在0.98以上，說明經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及城鎮(zhèn)居民生活水平對(duì)兩者排放量的降低都起著重要作用；與原煤生產(chǎn)和能源生產(chǎn)總量的關(guān)聯(lián)度分別為0.93、0.88，表明降低能耗水平，對(duì)產(chǎn)生污染的能源生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行關(guān)停并轉(zhuǎn)的措施是有效的。

工業(yè)固體廢物與其影響因子之間的關(guān)聯(lián)度都很顯著，得到0.93以上。表明經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對(duì)排放量的增長仍然起著重要作用，過度依賴重化工業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，不僅阻礙城市化的進(jìn)程，而且消耗大量的資源、能源，產(chǎn)生越來越多的工業(yè)固體廢物亟待處置，對(duì)環(huán)境和人類健康產(chǎn)生重大影響［14］。

環(huán)境效力方面選擇城市人均綠化面積因子作為改善空氣質(zhì)量的投入力度指標(biāo)，也是間接的反映政府為改善環(huán)境質(zhì)量的投入力度，但其與生活污水排放量、工業(yè)污水排放量之間的灰色關(guān)聯(lián)度都不高，卻同二氧化硫排放量、煙塵排放量以及工業(yè)固體廢物排放量的灰色關(guān)聯(lián)度呈現(xiàn)顯著關(guān)系，說明空氣質(zhì)量改善的成果是顯著的，但類似改善空氣質(zhì)量的投入力度對(duì)污水、固體廢物的減量化作用微弱。所以加強(qiáng)政府對(duì)環(huán)境的保護(hù)力度尤為重要。

表3 環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)與影響因子之間的灰色關(guān)聯(lián)度

3 結(jié)論

1）通過山東省“三廢”排放與經(jīng)濟(jì)增長的數(shù)據(jù)分析，表明倒“U”型的環(huán)境庫茲涅茨曲線只是經(jīng)驗(yàn)型曲線，而不是普遍的準(zhǔn)則，環(huán)境庫茲涅茨曲線還有直線、“U”、“N”、倒“N”等類型。結(jié)論表明，經(jīng)濟(jì)的增長并不必然帶來環(huán)境質(zhì)量的改善，即隨著經(jīng)濟(jì)的增長，環(huán)境污染先增加，達(dá)到某一拐點(diǎn)（人均GDP值）后環(huán)境質(zhì)量得到改善不是自發(fā)的，所以政府、社會(huì)團(tuán)體以及每個(gè)公民在改善環(huán)境質(zhì)量方面還有空間。

2）“三廢”的不同庫茲涅茨曲線也表明，山東省目前處于“局部改善，整體惡化”的境地，雖然空氣質(zhì)量有所改善，但生活污水、工業(yè)污水以及工業(yè)固體廢物排放量仍在增長，有惡化的趨勢(shì)。況且自然環(huán)境的自凈能力是有限的，所以在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)應(yīng)考慮生態(tài)系統(tǒng)的承載力。

3）“三廢”的環(huán)境庫茲涅茨曲線的灰色關(guān)聯(lián)度分析表明，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及城鎮(zhèn)化率不是導(dǎo)致環(huán)境污染的唯一因素，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源生產(chǎn)、交通運(yùn)輸以及環(huán)境效力都對(duì)其有影響，只是作用程度不同，而且影響因子對(duì)不同污染物排放量的影響程度需要進(jìn)一步的研究。

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